NAUKA I ASTRONOMIA

Bardziej kompletne analizy bozonu Higgsa

Odkrycie go w zeszłym miesiącu zelektryzowało media na całym świecie, jednak bozon Higgsa jest obecnie jeszcze bardziej pewną rzeczą. ATLAS, to jeden z dwóch detektorów, które brały udział w eksperymentach stojących za oryginalnych odkryciem. Dokonał on bardziej szczegółowej analizy, która zwiększa poziom istotności sygnału Higgsa (poziom istotności – maksymalne dopuszczalne prawdopodobieństwo popełnienia błędu I rodzaju. Określa tym samym maksymalne ryzyko błędu, jakie badacz jest skłonny zaakceptować). Analiza ta zwiększa zakres możliwej klasyfikacji cząstki elementarnej jako bozon Higgsa, postulowanej przez Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych lub innego o nieznacznie odmiennych właściwościach, które muszą zostać udowodnione.

W dniu 4 lipca, oba detektory w Wielkim Zderzaczu Hadronów, w pobliżu Genewy w Szwajcarii – CMS i ATLAS – ogłosiły, że w końcu znalazły długo poszukiwany bozon Higgsa – ostatni brakujący element w Modelu Standarowym, uznany jako cząstka nadająca innym cząstkom masę. Cząstka ta nie została spostrzeżona bezpośrednio – kiedy tylko została wygenerowana w detektorze, rozpada się tak szybko, że można dostrzec jedynie cząstki w które bozon się rozpada. ATLAS i CMS widzą jedynie go poprzez obserwowanie pięciu różnych zestawów cząstek, znanych jako kanały rozpadu. Dla bozonu Higgsa o określonej masie, Standardowy Model zakłada tempo rozpadu dla każdego z kanałów.

Eksperyment z użyciem detektora CMS określa owe tempo dla wszystkich pięciu kanałów – jak często nowa cząstka rozpada się w kwarki b, kwarki taonowe, fotony, bozony W i bozony Z. Analiza przeprowadzona z użyciem ATLAS-u była mniej kompletna. Eksperyment można było uznać za wystarczająco pewny, aby zaprezentować dowody na istnienie bozonu Higgsa w dwóch kanałach – z fotonami oraz bozonami Z. Wystarczyło to jednak, aby ustanowić poziom istotności jako sigma 5, co oznacza, że istnieje szansa 5 na 10 milionów, że sygnał wynika z powodu fluktuacji tła, aniżeli jest to znak nowej cząstki.

Obecnie ATLAS dokonał kolejnego kroku w kierunku uzupełnienia owej analizy. 31 lipca zostały opublikowane dokumenty na serwerach pisma arXiv, które zawierały informacje na temat kanału z bozonem W. Podniosło to poziom istotności owych sygnału Higgsa to prawie 6 sigma, co oznacza szanse, że prawdopodobieństwo otrzymania takiego samego wyniku na skutek fluktuacji tła spadł na 2 do miliarda.

Wraz ze zwiększeniem pewności co do pierwotnego wyniku, nowe rezultaty pomogą fizykom określić czy cząstka jest tym samym co przewiduje bozon Higgsa w Modelu Standardowym czy jest to coś dziwniejszego. „Może się okazać, że nie jest to standardowy model dla bozonu Higgsa”, mówi rzecznik prasowy ATLAS-u, Fabiola Gianotti.

Tak zwany kanał WW nie jest tak istotny w wykrywaniu bozonu Higgsa jak dwa inne kanały ATLAS-u, prezentowane w lipcu. Jednakże jest on jednym z najważniejszych czujników dla Modelu Standardowego, który tworzy określone przewidywania co do prawdopodobieństwa, że bozon Higgsa rozpadnie się na bozony W i Z.

„Jest to w zasadzie wiercenie dużej dziury w interpretacji tej cząstki jako rodzaj Higgsa, jeśli okazuje się, że tempo rozpadu bozonu Higgsa w bozon W do rozpadu w bozon Z, nie jest takie jak zakładano”, mówi Marr Strassler – fizyk teoretyczny pracujący na Rutgers University w Piscataway, w stanie Nowy York. „Jest to znaczenie pomiarów. Testowanie mechanizmów bozonu Higgsa w jego fundamentalnych właściwościach”.

Następnym krokiem ATLAS-u będzie sprawdzanie dwóch innych kanałów pod kątem odchyleń od Modelu Standardowego. CMS zauważył mniej taonowych cząstek, niż zakłada ów Model Standardowy. Jednakże poziom odchylenia może zaniknąć – co podsyca spekulacje, że bozon Higgsa może różnić się od założeń Modelu Standardowego – coś co może otworzyć drzwi do bardziej egzotycznych, kompleksowych i pełnych teorii na temat naszego Wszechświata.

„Jesteśmy bardzo zainteresowani tym co ma na ten temat do powiedzenia ATLAS”, powiedział Strassler. „Kiedy niepewności staną się jeszcze mniejsze, kiedy będziemy mieli więcej danych oraz więcej przeprowadzonych badań, będziemy mogli w lepszy sposób zrozumień właściwości tej cząstki i dowiedzieć się czy jest to bozon Higgsa czy jeszcze bardziej osobliwy obiekt”, zakończył Gianotti.

CMS założył swoje dokumenty do dziennika arXiv tego samego dnia co ATLAS, jednak przeprowadzone analizy były takie same, jak zostało to zaprezentowane 4 lipca.

Źródło: arXiv, New Scientist Grafika: ATLAS Collaboration / CERN

O autorze...

Alan O. Grinde

Alan O. Grinde

Animator i manager kultury. Rzecznik prasowy Fundacji Rozwoju Indywidualnego "Praca Moc Energia". Lektor i właściciel Studio Frequency Institute. Basista i programista w Epilepsy Injection Device oraz kilku innych projektach.